Нова фізика ховається в екстремальному явищі в космосі: вона може пояснити темну матерію

Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Physical Review Letters, припускають, що злиття двох нейтронних зірок і унікальна фізика, створена цією подією, дадуть можливість зрозуміти природу темної матерії, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Учені вважають, що злиття нейтронних зірок допоможе розібратися з гіпотетичними частинками під назвою аксіони, які є одними з головних кандидатів на роль темної матерії.

Аксіони ніколи не виявляли безпосередньо, але вони з'являються в багатьох моделях, які виходять за межі Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Вона зараз є найкращим описом субатомних частинок і того, як вони взаємодіють одна з одною.

Темна матерія є серйозною проблемою для вчених, оскільки вона не взаємодіє зі світлом, а значить вона фактично невидима. Темна матерія також демонструє відсутність взаємодії з іншими силами, такими як електромагнітна взаємодія. Через ці дивні особливості темна матерія не може складатися з електронів, протонів і нейтронів, тобто частинок, з яких складається звичайна матерія.

З іншого боку, проблема ускладнюється тим, що частинки, про які відомо вченим і які містяться в Стандартній моделі, становлять лише 15% всієї матерії у Всесвіті. Автори дослідження кажуть, що у них є підстави припускати, що нова фізика буде відкрита зовсім скоро. Екстремальні умови, такі як злиття нейтронних зірок, відкривають нове вікно можливостей у пошуках частинок темної матерії, таких як аксіони.

Нейтронні зірки народжуються, коли масивні зірки вичерпують запаси палива, необхідного для внутрішнього термоядерного синтезу, і більше не можуть протистояти тиску власної гравітації. Це закінчується вибухом наднової і стисненням ядра зірки до дуже маленького розміру. У результаті з'являється нейтронна зірка з масою Сонця, що має діаметр 20 км. Нейтронні зірки отримали таку назву, адже наповнені багатою на нейтрони матерією.

Нейтронні зірки не завжди існують ізольовано й іноді вони кружляють навколо сусідньої нейтронної зірки. Коли ці нейтронні зірки обертаються навколо одна одної, вони зближуються, і гравітація призводить до того, що відбувається процес злиття.

Злиття цих зірок призводить до появи таких екстремальних фізичних явищ, яких немає більше ніде у Всесвіті. Вчені вважають, що злиття нейтронних зірок являє собою єдине середовище, де можуть створюватися хімічні елементи важчі за залізо, такі як золото і срібло.

Унаслідок злиття нейтронних зірок також утворюється недовговічний щільний залишок, який швидко стискається під дією гравітації і виникає або чорна діра, або більша нейтронна зірка.

Автори дослідження вважають, що цей залишок є ідеальним середовищем для виробництва екзотичних частинок, таких як аксіони. Ці частинки можуть покинути місце злиття нейтронних зірок і розпастися на інші частинки, включно з фотонами, які є частинками світла.

Вчені вважають, що розпад цих частинок створює унікальний електромагнітний сигнал, який можна вловити гамма-телескопами. Це означає, що потрібно направити ці телескопи на злиття нейтронних зірок для збору даних, які поліпшать розуміння природи аксіонів та інших екзотичних частинок,

Автори дослідження кажуть, що це може призвести до виявлення частинок, з яких складається темна матерія, і в такий спосіб буде вирішено одну з головних загадок Всесвіту.

Як уже писав Фокус, нове відкриття кидає виклик теоріям про об'єкти на краю Сонячної системи. Дослідження відкриває нові можливості для розуміння природи комет і їхнього походження.

Автори іншого дослідження вважають, що модель еволюції галактик доведеться змінити, адже нове відкриття однієї з найдавніших галактик вказує на явні невідповідності, як уже писав Фокус .

Також Фокус писав про те, що фізики виявили перший у світі нетрадиційний надпровідник, який існує в природі.